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ビール酵母由来の活性炭素種が植物の発根促進やストレス緩和に寄与するとの話題から着想を得て、筆者は過去の酸素供給剤（過酸化石灰）によるネギの発根・成長促進効果を再考察。同剤は水中で過酸化水素（活性酸素）を生成し、これが最終的に酸素となる。これまで酸素が促進要因とされたが、活性炭素種と同様、過酸化水素自体が植物ストレスを緩和し、その余力が発根促進に繋がった可能性を提唱。植物の生育促進メカニズムに新たな視点を提供しています。
大阪府高槻市原地区で肥料教室を開いています
検索キーワード：「カタラーゼ」
ストレスの緩和剤としての酸素供給剤
石灰窒素を施肥した後にアルコール飲料を摂取してはいけないのか？の続き
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石灰窒素を施肥後のアルコール摂取が危険とされる理由を解説します。石灰窒素（カルシウムシアナミド）は体内で「ニトロキシル」に変化し、これが酵素のチオール基に強く反応してその機能を阻害します。特に、アルコール分解酵素である「アルコールデヒドロゲナーゼ」がニトロキシルにより機能停止すると、アルコールが適切に分解されず、酔いが軽減されない危険な状態に陥ります。この生化学的メカニズムが、石灰窒素施肥後の飲酒を避けるべきとする警告の根拠となっています。
石灰窒素を施肥した後にアルコール飲料を摂取してはいけないのか？
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本記事では、石灰窒素（カルシウムシアナミド）施肥後のアルコール摂取禁止の理由を探求。生成AIの情報をもとに、体内でシアナミドがカタラーゼと過酸化水素の作用で、ニトロキシルとシアン化水素に変化するメカニズムを解説した。過酸化水素が酸化剤としてシアナミドを酸化し、反応性の高いニトロキシルを生成することが示された。ニトロキシルはチオールのような求核剤と反応しやすい性質を持つと指摘されるが、アルコール摂取との直接的な関連性やチオールの詳細は次回の記事に持ち越し。本記事は、石灰窒素と生体内の化学反応の一端を提示し、今後の考察への基礎を築いた。
酸素供給剤と水溶性カルシウム剤の混用はダメなのか？
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酸素供給剤（過酸化水素水）と水溶性カルシウム剤の混用について、硫酸カルシウムとの反応を中心に解説している。過酸化水素は活性酸素で、触媒があると水と酸素に分解する。しかし、鉄イオンなど電子を受け渡ししやすい物質と反応すると、より強力な活性酸素が発生する。硫酸カルシウムは水溶液中でカルシウムイオンと硫酸イオンに解離する。硫酸と過酸化水素は反応して過硫酸という強力な酸化剤になる。これはピラニア溶液と呼ばれ、有機物を除去する作用がある。肥料として使う場合は濃度が薄いため、過度の心配は無用だが、塩化カルシウムとの反応については次回解説する。硫酸マグネシウムも同様の反応を示す。
酸素供給剤についての可能性に迫る
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台風や大雨による土壌の酸素欠乏は、作物の根腐れを引き起こす大きな要因となる。酸素供給剤は、過酸化カルシウムが水と反応することで酸素を発生させる肥料で、この酸素供給は根の呼吸を助けるだけでなく、土壌微生物の活動も活性化させる。特に好気性微生物は酸素を必要とするため、酸素供給剤の施用は土壌環境の改善に繋がる。これにより、植物の生育が促進され、災害後の回復力も向上する。さらに、酸素供給剤は過酸化水素を生成し、これが土壌病害の抑制にも効果を発揮する。これらの効果から、酸素供給剤は自然災害による農作物被害の軽減に有効な手段となり得る。
植物の根と枯草菌のバイオフィルム
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作物の根はフラボノイドを分泌し、枯草菌がそれを認識して根の周りにバイオフィルムを形成する。このバイオフィルムは他の微生物の侵入を防ぎ、根の病気を抑制する。枯草菌は鉄や銅の吸収を促進するシデロフォアも分泌する。有効な枯草菌の増殖には土壌の排水性と保水性が重要であり、フラボノイド合成に必要なフェニルアラニンと微量要素も重要となる。さらに、バチルス属細菌は病原菌のクオルモンを分解する能力も持つため、病害抑制に貢献する。良好な土壌環境は、これらのメカニズムを通じて作物の病害発生率を低減する。
植物にとってビタミンB6とは？の続き
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植物にとってビタミンB6、特に活性型であるピリドキサールリン酸(PLP)は、紫外線ストレスへの防御に重要な役割を果たす。PLPはシステインとヘムの生合成に関与し、これらは抗酸化酵素（グルタチオンペルオキシダーゼ、アスコルビン酸ペルオキシダーゼ、カタラーゼ）の構成要素となる。これらの酵素は紫外線によって生成される活性酸素の除去に働く。さらにPLP自体も活性酸素と反応する。また、PLPはグルタミン酸からGABAへの変換にも関与する。システインやヘムは他の代謝経路でも重要であるため、ビタミンB6は紫外線耐性以外にも様々な機能を持つと考えられる。
酸素発生型光合成の誕生の前に
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藻類の進化に関する書籍を元に、酸素発生型光合成誕生以前の生命活動について考察。太古の海ではFe²⁺イオンによる過酸化水素発生が頻繁に起こり、生物は自己防衛のため過酸化水素を分解するカタラーゼを獲得した。カタラーゼはマンガンを補酵素として利用する。後に酸素発生型光合成を担うマンガンクラスターもマンガンを利用しており、水から電子を取り出す構造がカタラーゼと類似していることから、レーンの仮説では、カタラーゼから光合成の機能が進化した可能性を示唆。仮説の真偽は今後の研究課題だが、マンガンが光合成において重要な役割を持つことは明らかである。
過酸化水素が関与する酵素
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この記事では、過酸化水素が関与する酵素としてカタラーゼとリグニンペルオキシダーゼを比較している。カタラーゼは過酸化水素を分解して酸素を発生させるのに対し、リグニンペルオキシダーゼは過酸化水素を補因子として利用し、フェノール性化合物を変化させる。つまり、カタラーゼは過酸化水素の分解を目的とする一方、リグニンペルオキシダーゼは過酸化水素を利用して別の反応を促進する。この違いを理解することで、例えば、枝葉の分解に過酸化石灰が有効かもしれないという、有機質肥料の効率化に関するアイディアに繋がることを示唆している。
酸素供給剤が効く時に働く酵素
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酸素供給剤は過酸化石灰から発生する過酸化水素がカタラーゼ酵素によって酸素と水に分解されることで効果を発揮する。カタラーゼは、過酸化水素を酸化し電子を受け取ることで無害化する。この反応において、カタラーゼの補酵素としてヘムとマンガンが機能し、電子を受け取る役割を果たす。つまり、マンガンが欠乏しているとカタラーゼの働きが弱まり、酸素供給剤の効果が十分に発揮されない可能性がある。オキシドールのような過酸化水素を主成分とする消毒液も同様のメカニズムで効果を発揮するため、マンガンは重要な役割を担っている。
ポリフェノール鉄錯体と酸素供給剤で青枯病の発生を抑制
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コーヒー粕を活用した青枯病抑制法が研究で示された。コーヒー粕に含まれるコーヒー酸と二価鉄がポリフェノール鉄錯体を形成し、過酸化カルシウムと反応することで強力な活性酸素（・OH）を発生させる。この活性酸素が青枯病菌を殺菌する。過酸化水素ではなく過酸化カルシウムを用いることで効果が高まる点が注目される。コーヒー酸は多くの植物に含まれ、二価鉄も腐植酸鉄として入手可能。土壌への影響は懸念されるものの、青枯病対策として期待される。この方法は土壌消毒としての効果があり、青枯病菌以外の有益な菌への影響は限定的と考えられる。
酸素供給剤を試した方から
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京都農販のTwitterで、酸素供給剤（過酸化石灰）を使った九条ネギのハウス栽培で成長に大きな差が出たことが報告された。酸素供給剤は水と反応し、消石灰と過酸化水素を発生させる。植物は過酸化水素からカタラーゼ反応で酸素を取り込み、同時に発生した消石灰は土壌pHを上昇させ、一部の微生物を殺菌する。これにより生育環境が改善され、肥料の吸収効率も高まる。酸素供給剤は土壌中で徐々に効果を発揮するため、大雨など病気になりやすい時期の予防にもなる。ただし、石灰であるため土壌中の石灰量に注意が必要で、過剰施用はカルシウム過剰による欠乏を引き起こす可能性があるため、pH調整には炭酸苦土などを代替利用すると良い。
酸素供給剤で根張りを良くしたい
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酸素供給剤は過酸化カルシウム(CaO₂)を主成分とし、水と反応して過酸化水素(H₂O₂)を発生させる。土壌中のカタラーゼが過酸化水素を分解し、酸素(O₂)を供給することで根張りを促進する。マルチ栽培などで酸素不足になりやすい土壌に有効で、散水時に酸素供給剤を溶かすことで根への酸素供給を促す。副産物として消石灰(Ca(OH)₂)が生じ土壌pHが上昇するため、事前の石灰施用量には注意が必要。過酸化水素はキノコの難分解有機物分解にも利用されるため、木質資材が多い土壌では分解促進効果も期待できる。
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